Что такое метантенк и как он работает?

Для жителей частных домов (и не только) полезно знать, что такое метантенк, каково его назначение и принцип функционирования конструкций для очистки сточных вод. Не менее важно разобраться, где используются аппараты и как они применяются. Отдельная тема — схема и расчет обращения с тем, что поступает в метантенки.

Типичная схема метантенка напоминает в плане цилиндр. Несколько реже эти конструкции имеют прямоугольную форму. Допускается их заглубление в почву, даже иногда полностью. Донная часть в значительной мере уклонена к середине. Кровельная часть аппарата представляет собой или жесткую, или плавающую конструкцию. Второй вариант менее надежен механически. Однако он более безопасен в плане роста внутреннего давления. Для изготовления стенок и днища сооружения преимущественно используют железобетон. Сверху подводится труба. По ней поступает внутрь активный ил; через ту же трубу производится и загрузка осадка.

Чтобы усилить образование метана и все остальные процессы, емкость прогревают, заботятся также о перемешивании содержимого в постоянном режиме. Для подачи тепла используют водяные либо паровые радиаторы. Что важно, весь процесс проходит в анаэробном режиме. Это позволяет разложить органические вещества на жирные кислоты. Но брожение на таком этапе не останавливается, и следующие продукты – это углекислый газ и метан (давший даже название всему виду оборудования).

Отвод метана происходит через верхние трубы. Общий выход газов на 1 м3 обработанного осадка составляет 12-16 м3. На долю собственно метана приходится при этом от 8,4 до 11,2 м3. Стоит иметь в виду, что сейчас используются и другие аналогичные методы очистки стоков — обезвоживание механическим способом и химическое кондиционирование. Однако они экономически и энергетически не так выгодны. Еще одна важная тонкость — то, что метантенк служит главным образом для утилизации не самих жидких стоков, а насыщенных осадков. Если количество обращаемой жидкости не превышает 25 м3 за 24 часа, то первичное отстаивание проводят в септиках. Если нужно больше, вплоть до 10000 куб. м, применяют уже усовершенствованные двухъярусные отстойники.

По сравнению с другими установками, предназначенными для решения той же задачи, метантенки имеют следующие важные преимущества:

• сравнительно доступная стоимость самого оборудования и его эксплуатации;
• простота манипуляций;
• надежность (практически невозможно что-то «сломать»);
• отсутствие расходных материалов или самая минимальная потребность в них;
• экологичность (очищенную воду можно с чистой совестью сливать прямо на грунт);
• теоретическая пригодность стока из метантенка для питья (уровень очистки — 99%).

Метантенки используются для очистки сточных вод на комплексных очистных сооружениях. Но точно так же успешно их можно применять и в автономном режиме. Второй вариант пригоден только непосредственно для очистки органических жидких отходов. Допустим, из 1000 кг навоза от КРС можно получить до 65 куб. м биогаза, а из 1000 кг зеленой массы вырабатывают до 500 куб. м биогаза. Больше всего его вырабатывают в биогазовой установке, перерабатывающей чистый жир.

Концентрация метана тоже может довольно сильно отличаться. Метантенки находят применение и как часть цепочек очистки воды в городе. Внутрь преимущественно подают комбинацию сырого осадка и избытка активного ила, который берут во вторичных отстойниках аэротенков. Активный ил создается при смешивании взвеси, не отфильтрованной на первичном контуре, с коллоидными веществами и микрофлорой, развивающейся на этом коллоиде.

Сбраживание внутри метантенка может происходить по различным сценариям. Принято различать два основных типа, в зависимости от температуры внутри емкости. Термофильный процесс, характерный для российской практики, проходит при 50-55 градусах. Он существенно быстрее принятого за рубежом мезофильного сбраживания, которое идет при 30-35 градусах. Ничего удивительного в этом нет: подъем температуры попросту активизирует все биохимические изменения.

Увеличение температуры жидкости способствует еще и уменьшению относительного объема резервуаров вдвое (при идентичной производительности).

Но есть еще одно важное преимущество — термофильная стратегия позволяет надежно уничтожить всех паразитических червей и их эмбрионы, в то время как мезофильная — не более 80%, да и то при большой удаче, а обычно около ½. И все же есть доводы в пользу того, чтобы прогревать резервуар слабее.

Нет, речь не о сиюминутной экономии энергии, как можно было бы подумать. Мезофильный подход позволяет полностью обойтись подачей того же тепла, которое вырабатывается сразу на месте при сжигании продуктов брожения. Чтобы осадок согрелся до 50 градусов и выше, особенно в зимний ветреный день, потребуется дополнительное топливо, и эксплуатационные расходы сразу вырастут. Кроме того, сброженная в термофильных условиях масса труднее поддается обезвоживанию. В процессе распада сухая масса сокращается, а доля влаги возрастает; одновременно увеличивается и зольность.

Ключевой расчетный параметр — степень распада беззольного вещества. Ее оценивают либо напрямую, по убыли массы, либо по объему вырабатываемого биогаза. При втором варианте вычисляют процент по отношению к изначально загруженной беззольной массе. Эти показатели могут быть идентичны или сильно различны. Расчет по газу при значительной загрузке системы обычно показывает большее значение, чем расчет по беззольной массе; противоположное соотношение типично для слабозагруженных аппаратов с большой продолжительностью сбраживания. В них значительная часть газа успевает раствориться в воде. Исследования и анализ практически работающих систем позволили установить, что точный состав газа и его суммарный выход при разложении каждой составляющей осадка отличается.

Установлено, что больше всего биогаза появляется при распаде жира, а меньше всего его выход при распаде белка. Также эксперты выяснили, что у любых веществ есть предел распада, превысить который невозможно. Определять состав осадка можно, обращая внимание на изначальный состав стоков, поскольку в зависимости от источников он может меняться довольно сильно. Очень актуальный параметр — так называемая доза загрузки. Она равняется процентной доле занимаемого осадком объема (ко всему объему). Связь интенсивности распада с загрузкой рассчитывают по прямолинейной и степенной зависимостям.